用舌头“看”世界

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你还能用什么“看”世界
记美脑神经康复医学开创者保罗·巴赫—利塔

赵亚萍




　　在科学领域，总有一些科学家似乎不那么入流，喜欢自作主张。他们喜欢脱离已经形成气候的主流团体，脱离已经“铁板钉钉”的定论，专找科研领域的犄角旮旯搜奇探秘。美国康复医学教授保罗·巴赫－利塔就是这样一位独行侠。历经40年的风风雨雨，他从事的脑神经康复领域终于辟出一条蹊径，开出斑斓夺目的花朵，并最终得到承认，被纳入主流，开创和发展了脑神经康复医学。

　　更重要的是，他教给我们，能用一种全新的角度去“看”世界。

　　2001年8月，媒体曾经报道过一条振奋人心的消息：美国威斯康星大学的保罗·巴赫－利塔教授和法国路易斯·巴斯德大学感知系统实验室利用他们联手研制出的世界第一台舌式“触觉－视觉转换系统”，让一些自愿参加实验的盲人借助它，用舌头“看”到了世界。尽管所看到的影像比较暗淡，无法与正常视力相比，但却是一个不同寻常的非凡开头。

　　如今，保罗的事业越做越大，美国海军和国家航空航天局都在与他联手攻关，尝试利用传感器、摄像机和电脑将人体的基本感觉进行相互转换和替代。

　　父亲是他领路人

　　保罗今年69岁，他那反常规的思维方式、敢于置疑权威的勇气，都秉承自他那位热爱16世纪西班牙诗歌，勇敢活跃的继父———彼得·巴赫－利塔。

　　彼得是美国纽约城市大学的西班牙语教授，保罗在各个方面都深受他的影响。比如，只要在餐桌上展开讨论，无论保罗提出什么观点，彼得都会站在对立面，从相反的角度进行思考和加以批驳，从而培养了保罗凡事都从另一个角度进行思考置疑的思维方式。保罗之所以转向脑神经康复这个以往几乎不为人所知，也不为主流科学家承认的边缘学科领域，与彼得有很大关系。

　　1958年，彼得在65岁时因患中风，几乎全身瘫痪，并基本失去了语言能力，每天只好禁锢在轮椅中噤口不语、挨延度日。

　　当时，保罗的兄弟乔治·巴赫－利塔正在墨西哥大学学医。他果决地将父亲领回家，让父亲坚持做康复活动，而不是像一般人那样，将患偏瘫的病人送到疗养院靠护士照料，郁郁不乐地度过残生。保罗回忆道，“那是一种铁石心肠般严苛的爱”。乔治常常把东西丢到地上，让父亲捡起来，还让父亲去打扫走廊。邻居们惶惶不安地看着这位半身不遂的老人颤颤巍巍，勉强挣扎着拿着扫帚扫地，不知说什么才好。但是，对彼得而言，这就是奖赏———一位顽疾缠身的老废物，还能做点事。

　　这种严格的“虐待”产生了连他们自己都没想到的康复后果———3年后，彼得的身体完全恢复正常，又回到大学按部就班地正常上班和教他的西班牙语。康复后，他又工作了整整5年。1966年，彼得在去哥伦比亚的一座高山远足期间，因心脏病发作去世，时年73岁。

　　一位神经病理学家解剖了彼得的大脑，结果吃惊地发现，彼得的大脑已经完全康复，看不出曾被破坏的痕迹。他把研究结果连同有关图片一并发表在美国物理治疗医学杂志上。

　　可想而知，这篇论文和这个康复病例引起了轰动。人们都纳闷，为何在每个人都认为他是白折腾，根本没戏的情况下，彼得却奇迹般地恢复正常了呢？

　　要知道，当时的神经学家确信，大脑损伤是不可能恢复的，如果一场中风引起持续数周的失忆、瘫痪或痴呆，这种状况将不可逆转，只好永远如此。

　　父亲的康复经历成为保罗转向从事大脑神经康复研究的重要契机。

　　他毅然辞去自己在史密斯—凯特尔韦尔视觉科学研究所的工作，到斯坦福的圣克拉拉谷医学中心找了份儿住院医生的差事，他想研究像自己父亲那样，能从不可治愈的顽症中奇迹般康复的病人。

　　不为人理解的单干户

　　在成为威斯康星大学的康复医学教授后，保罗把注意力集中到人体感觉研究上。

　　他知道，麻风病人会失去四肢末端的触觉。于是，他设计了一种每个指尖都装有传感器的手套，这些传感器分别与前额上的5个触点相连。当他让这些病人用手套触摸一些物体时，他们都在自己的前额处感到了与指尖施用力量相同的压力。没过几分钟，他们就能感觉出粗糙和光滑表面的不同，而且他们很快就忘掉了并不是他们的指尖，而是他们的前额感觉到了这些不同。

　　保罗由此推论，既然视觉和触觉可以互相交换意识通道，那么，听觉也可以被其他人体感觉互换。于是，他又设计进行了听觉与触觉的转换实验。

　　20世纪80年代，他领导的研究小组把微型麦克风镶嵌到震动腰带上，如果话筒捕捉到的是较低频率的声音，震动腰带就刺激佩带者的左侧腰部，如果话筒捕捉到的是较高频率的声音，震动腰带就刺激其右侧腰部。参与实验的聋哑人都说，戴上这种腰带有谒嵌链接铩?br>
　　尽管保罗的实验令人印象深刻，但那时的主流神经科学家对此不屑一顾。

　　1969年年初，保罗在《自然》科学杂志上介绍了他发明的一种人体感觉转换装置。他的博士导师，诺贝尔奖获得者，神经生理学家拉格纳·格拉尼特对保罗从事这项研究很不理解，把他叫到自己的客厅里质问：“保罗，我欣赏你有关眼部肌肉的研究，但你为什么要把时间浪费在这种成人玩具上？”

　　这种怀疑是可以理解的，因为保罗的研究是在向当时的定论提出挑战。即使在今天，他的研究同样知音不多，仍有许多人持不同意见。许多神经科学家认为，大脑的功能是分片划段、各司其职的。比如，视觉信息就是通过一个固定的神经网路，直接从眼睛到视觉皮质层的。这个网路的任何部分一旦被破坏，视力就会丧失。眼睛只能用来“看”，不能干别的。

　　这种观点可以回溯到1861年，当时的科学先驱，法国神经学家保罗·布鲁克在一位失语者的大脑额页上发现了损伤。布鲁克的结论是，大脑的某个区域负责对应某项职责。随后展开的大量研究证实了他的看法。科学家最近对大脑进行的核磁共振成像和PET扫描结果也表明，大脑的不同区域依据受测试者的行为与感觉，如分辨颜色、识别面庞、产生某种情绪，或学习语言而变，使对应的区域产生亮斑。

　　为了解析大脑的奥秘，科学家一直在集中研究神经突触（即神经键），它是两条神经末端的连接点，是意识、感觉和意念的转送器。儿童在身体发育期，大脑后部的神经突触会以惊人的速率生长和剪除，但是一旦长大成人，进入成年期，这种过程就停止了。许多研究人员因此认为，大脑受损是永久性的，不可逆转的。

　　神经键是一种仍在发展的概念。目前所知的是，大脑中只有10％的细胞是神经细胞，这些神经原释放出神经传递素，构筑了大脑的信息通道，通过电脉冲输送各种信息。剩余的是胶质细胞，其详尽功能还有待进一步研究。

　　我把一生奉献给你

　　保罗是一位脑专家，他把一生都用来研究大脑改造自身的神奇能力和研究探讨这个革命性的概念———人体感觉可以交替互换。他的有关“脑可塑性”研究最终将可能使脑中风患者、截瘫患者和神经受损患者受益匪浅，但最大的受益者也许将是盲人。

　　他和不少神经科学家都认为，大脑是一种具有可塑性的神奇器官，如果大脑的某个区域被破坏，其他部分可以通过学习训练，扩展更多功能，尽同样的职责。人体的五种基本感觉（听觉、视觉、嗅觉、味觉和触觉）能够重新搭桥，创造出新的神经通路。只要能设法将视觉信息传递给大脑，它就能经过编码电脉冲训练学会以视觉形式解读它们。

　　为了证明这一点，保罗设计实施了许多实验。除了上述的两个发明，他投入精力最多的是触觉与视觉转换研究。

　　作为“用触觉代替视觉”理论的创始人，他用摄像机来代替眼球，设法将视觉图像转化成大脑可以读懂的触觉信息，使人通过舌头等触觉器官来“看到”周围的事物。

　　20世纪60年代，他研制出了世界第一台背式“触觉－视觉转换系统”。感应接收器放置在治疗椅的靠背上，盲人可借助背部皮肤产生的触觉，“看”到微型摄像机拍摄到的物体，但清晰度差强人意。

　　在此基础上，他和合作者又开发出了腹式“触觉－视觉转换系统”，让盲人通过腹部皮肤“看”实物，清晰度依然不甚理想，但已经能完成从“眼”到手需要协调性的复杂任务。包括分辨脸庞、正确判断一只滚过来的小球的速度和方向，以精确性为95％的比率击球，还能使盲人在电子管生产线上借助腹式“触觉－视觉转换系统”干粗活。

　　经过比较，保罗最终选定人体最灵敏的器官———舌头，作为视觉和触觉相互转换的载体。因为舌头是除了嘴唇之外，人体触觉神经最多的地段，触觉辨别误差比别的身体部位小。不断分泌的唾液使它保持湿润，具有稳定的电阻和良好的导电性。虽然舌头通常藏在嘴里，对光不敏感，也没有和视觉神经连在一起，看来不可能代替眼睛。但保罗他们的研究表明，舌头很可能是仅次于眼睛的，从外部世界接收视觉信息再传递到大脑的第二把手。

　　20世纪90年代，他与法国科学家合作研制出了世界首台舌式“触觉－视觉转换系统”，其清晰度比腹式的提高5倍。志愿者在试用时，不久就会忘掉他们是用舌头在看，会感觉到物体轮廓和空间特征的刺激，他们的舌头神奇地变成了第二只眼睛。

　　现在，这种仪器又有改进，以往人机分离的小型摄像机，进一步缩小到只有扑克牌大小，搁在了前额。舌置电极矩阵板只有小勺大小，如同含块棒棒糖。

　　他与自己的合作者，职业疗法教授凯茜·卡曼用它进行了多次“触觉－视觉“交替互换测试———参与者头戴与宽条塑料多极栅电极连接的微型摄像机，可即时传导所摄画面。这些图像通过一台手提电脑转换成像素，再转换成电流，传回舌置塑料感应接收电极矩阵，使舌头能立即感知图像电流的刺激，并立即传给大脑，从而使参与者能利用这种触觉来分辨实物的形状、大小以及远近。

　　实验过程相当有趣。参与者能在蒙着眼罩，堵着耳朵的状态下，能分辨和抓住任意滚过来的白色圆球；能分辨和拿到搁在桌面的白色立方体；还有人能“看”出字体放大的字母。经过指导和学习，许多人都能在几分钟到几小时之内学会这种新奇的视物新方法。

　　保罗本人相信：“我们不是在用眼睛看，而是在用脑子看。”

　　他指出，耳朵、眼睛、鼻子、舌头，以及皮肤一直在不停地向大脑输入各种信息，当大脑处理这些信息时，人们就会产生视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉，但这些纷至沓来的大量信息并非全都重要，大脑需要进行筛选，去粗取精。显然，大脑的某些部分存在连接，而且可以对这种连接进行修改。他说，“你可以用人体的感觉器官做更多的事，它们能够远远超出人体通常使用的自然本能。”

　　逐渐有了同盟军

　　许多证据表明，人体感觉确实能够重新更改。比如，哈佛大学的神经学家阿尔瓦诺·帕斯库尔－莱昂内在20世纪90年代末对一组盲人进行了有关测试。他让这些盲人用手指阅读盲文，同时对他们进行脑部扫描，发现其视觉皮层在阅读时会在扫描仪的屏幕上变亮；当换一组视力正常的成人做同样动作时，他们的视觉皮层却保持休眠，没有在屏幕上出现亮斑。再比如，麻省理工学院的神经学家玛莉甘卡·苏尔最近找了一组视力正常的青年，研究和搜寻从视觉到听觉的神经连接通道。

　　这些研究和同盟者，使保罗不再寂寞。以往在神经系统科学论文里很少出现的“可塑性”这个词，逐渐开始变得时髦起来，研讨会上已经开始出现大量有关脑神经可塑性的论文。

　　但是，凡事喜欢都问个为什么的，可不单是保罗。即使与他站在同一条战线的盟友，对保罗的观点也不是照单全收，认为保罗有关触觉可以代替视觉的说法有些过头。

　　他们认为，视觉是一种丰富和复杂的现象，眼睛是如此神奇的一种器官，绝不可能被完全取代。加里福尼亚大学的神经科学家迈克尔·默泽尼切20年来一直是大脑可塑性的一位主要支持者，他认为，保罗的舌式视觉－触觉转换仪对视觉确实有很强的替代作用，但不可能产生像真实视力那样的效果。

　　保罗却认为，视觉神经不存在什么特殊性，大脑并不在意信息来自何处，只要你能感觉到光线，并能接收到有关信息，就是视觉，就可以称得上是在“看”。

　　美国《发现》杂志的一位作者曾经亲自试过保罗的舌式“触觉－视觉转换系统”。她在使用时，确实觉出携带着信息的电流如同夏季的倾盆大雨，源源而至，不断刺激着她的舌头，使它有点发痒，也使她觉得，这种仪器确实将它看到的物体成功地进行了转换，变成了某种让她能用舌头感觉到的独特感觉，使她能因此“看”出它们的轮廓及大小。但她无法用确切的词来形容这种感觉。当她使用这种仪器几个小时后，会忘掉嘴里那股带有电池酸味的电流刺激，忘记自己舌头上搁着一个让人不太舒服的新鲜玩意儿，全心全意借助舌头去“看”。但她也提出了相同的问题：这能等同于视觉么？

　　这个问题最好去问他的合作者卡曼的一个病人，16岁的贝丝。

　　贝丝具有音乐天赋，正在读高中，是学校合唱团的首席歌手。她希望自己能进大学深造，研究音乐，将来成为一名作曲家。贝丝生下来就是盲人，在她遇到保罗之前，始终不知道乐队指挥怎样用手势来保持节拍，但借助于在舌头上戴上电极，她在半小时之内学会了打拍子，如果她最终学会“看”这些手势，并且明了这些手势的含义，那么，对于她来说，这就是视觉。

　　或许，这就是盲人借助舌头获得的视觉。

　　更重要的是，保罗的研究告诉我们：视觉并不仅仅只是对我们四周的物体、光线以及空间的详尽了解，它也是一种独特的，甚至更任意的感觉。

　　海底太空任遨游

　　然而，对于保罗和他的客户来说，这些区别无关紧要。

　　美国海军SEAL的科学家正在和保罗一起研制开发一种海底使用的舌式红外“触觉－视觉转换系统”，以使潜水员和海豚能用舌头暗中“视”物，在黑暗的海水中自如穿行，腾出眼睛执行其他任务；

　　美国国家航空航天局也在与保罗合作，研制开发附着在宇航服外的人体感觉互换传感器，以使宇航员能够靠它感知物体；

　　弗罗里达州的Pensacola人机对话研究所正在利用保罗的构想，研制人体感觉互换背心，它将通过电流刺激，增强飞行员的感知能力，警告和提醒他们其他飞机的出现，或袭来的导弹。

　　这套系统还可以用来让聋哑人和触觉丧失的人，以及四肢瘫痪者重新“找到”失去的身体感觉；红外视觉－触觉转换仪可让消防员和搜寻营救人员利用它找到烟雾弥漫中，埋在雪中或废墟底下的幸存者，让直升机飞行员在尘暴中安全着陆；让士兵在战场上暗中“看”到地形和敌人，还可让实施不开腔手术的主刀大夫知道手下的触觉、压力、剪切力和温度信息；它甚至可以用于电子游戏，让玩家产生第六感，通过视觉和听觉以外的人体感觉感受游戏中的模拟场景的空间感和移动画面。

　　去年10月，保罗获得了美国康复医学会的库尔特奖，以表彰他在脑神经康复领域的贡献。在这个当年不为人所承认的边缘学科领域奋斗40年后，保罗终于获得承认和资助，以把自己开创的这门学科汇入神经系统科学的主流。

　　在今后两年中，保罗将着手研发迷你型无绳舌式视觉－触觉转换仪，将电极矩阵安置在类似牙托的，可安装在口腔里的固定器上，微型摄像机和信号转换收发系统则安在一副专用眼镜上，全部仪器将急剧缩小，变成既易于隐藏，又易于携带的无绳随身“看”。如果这个构想能够实现，不仅盲人可以因此获得“视”觉，正常人也将因此开发出以往从未想到的感知能力。

　　用保罗的话来说，“任何可以被测知的事物都能被送到大脑。只要我们能把信息送到，大脑就能学会如何使用它。”